(57)【要約】【課題】ロータコアのうちスロット部よりも径方向外方寄りの位置に残される幅狭部での残留応力を軽減して、当該幅狭部での変形防止とその耐久性の向上を図る。【解決手段】ロータコア２に形成したスロット部３に永久磁石４を挿入し、それらの隙間にフィラーを含んだ樹脂材料を充填して各磁石４を固定してある。スロット部３のうち外周側壁面３ｂ側の隙間を長辺側のクリアランス部Ｃ１とし、円周方向壁面３ｃ側の隙間を短辺側のクリアランス部Ｃ２とし、両者の間に段状部６をもって狭窄部７を形成する。双方のクリアランス部Ｃ１，Ｃ２の幅寸法Ｗ２，Ｗ１とフィラー粒径との関係をＷ１＞ｄ＞Ｗ２に設定する。短辺側のクリアランス部Ｃ２のほか長辺側のクリアランス部Ｃ１のうち狭窄部７よりもクリアランス部Ｃ２寄りの部分のみを樹脂充填部５ａとしてそれ以外の部分を樹脂非充填部Ｒとしてある。【選択図】図４
2013102654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアの軸心方向に延びるスロット部をロータコアの円周方向に沿って複数個形成するとともに、それぞれのスロット部に磁石を挿入し、それらのスロット部と磁石とのなす隙間にフィラーを含んだ樹脂材料を充填して各磁石を位置決め固定してある電動機におけるロータの構造であって、
上記スロット部のうちロータの径方向外方に位置する外周側壁面と磁石側の同等部位とのなす隙間を長辺側のクリアランス部とするとともに、上記スロット部のうちロータの円周方向両端に位置する円周方向壁面と磁石側の同等部位とのなす隙間を短辺側のクリアランス部とし、
上記長辺側のクリアランス部のうち短辺側のクリアランス部に近い部分に、短辺側のクリアランス部よりも長辺側のクリアランス部の方が幅寸法が小さくなるように段状部をもってその幅寸法を変化させる狭窄部を形成し、
上記狭窄部を含む長辺側のクリアランス部の幅寸法を樹脂材料に含まれるフィラーの粒径よりも小さく設定するとともに、短辺側のクリアランス部の幅寸法を上記フィラーの粒径よりも大きく設定し、
上記短辺側のクリアランス部のほか長辺側のクリアランス部のうち狭窄部よりも短辺側のクリアランス部寄りの部分のみを樹脂充填部としてそれ以外の部分を樹脂非充填部としてあることを特徴とするロータ。
【請求項２】
上記スロット部のうちロータの径方向外方に位置する外周側壁面または磁石側の同等部位に設けた段状部をもって狭窄部を形成してあることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
ロータコアの軸心方向に延びるスロット部をロータコアの円周方向に沿って複数個形成するとともに、それぞれのスロット部に磁石を挿入し、それらのスロット部と磁石とのなす隙間にフィラーを含んだ樹脂材料を充填して各磁石を位置決め固定してある電動機におけるロータを製造する方法であって、
上記スロット部のうちロータの径方向外方に位置する外周側壁面と磁石側の同等部位とのなす隙間を長辺側のクリアランス部とするとともに、上記スロット部のうちロータの円周方向両端に位置する円周方向壁面と磁石側の同等部位とのなす隙間を短辺側のクリアランス部とし、
上記長辺側のクリアランス部のうち短辺側のクリアランス部に近い部分に、短辺側のクリアランス部よりも長辺側のクリアランス部の方が幅寸法が小さくなるように段状部をもってその幅寸法を変化させる狭窄部を形成しておき、
上記狭窄部を含む長辺側のクリアランス部の幅寸法を樹脂材料に含まれるフィラーの粒径よりも小さく設定するとともに、短辺側のクリアランス部の幅寸法を上記フィラーの粒径よりも大きく設定しておき、
上記短辺側のクリアランス部を樹脂材料の充填開始部として当該短辺側のクリアランス部から長辺側のクリアランス部に向かってフィラーを含んだ樹脂材料を充填して、
上記短辺側のクリアランス部のほか長辺側のクリアランス部のうち狭窄部よりも短辺側のクリアランス部寄りの部分のみを樹脂充填部としてそれ以外の部分を樹脂非充填部として成形することを特徴とするロータの製造方法。
【請求項４】
上記スロット部のうちロータの径方向外方に位置する外周側壁面または磁石側の同等部位に設けた段状部をもって狭窄部を形成してあることを特徴とする請求項３に記載のロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機におけるロータとその製造方法に関し、特にロータに永久磁石を内蔵した永久磁石埋込型同期モータ等におけるロータの構造と製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のロータの構造として、例えば特許文献１，２に記載されているように、電磁鋼板等の積層体からなるロータコアにその軸心方向に貫通するスロット部をロータコアの円周方向に沿って所定のピッチで複数個形成し、それらのスロット部に個々に永久磁石を挿入した上で、スロット部と永久磁石の隙間を埋めるべく、永久磁石が挿入されているスロット部の一端部から樹脂材料を充填して硬化させることにより、いわゆる樹脂モールドのかたちで各永久磁石を位置決め固定するようにしたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２５３５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５８１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２に代表されるような従来のロータの構造においては、後述する図７を借りて説明するならば、ロータの機能よりしてロータコア２の径方向外方寄りの位置に永久磁石４が挿入されることになるスロット部３が形成されていて、多くの場合に永久磁石４とスロット部３とのなす隙間に樹脂５が充填されることで永久磁石４が固定されている。そして、樹脂材料５の充填は射出成形あるいはトランスファ成形の形態で行われることになり、ロータコア２の周縁部のうち特にスロット部３よりも径方向外方寄りの位置に桟状に残される幅狭部２２については樹脂充填圧による残留応力の発生が不可避とされる。その上、上記幅狭部２２についてはモータの回転子として機能する際に遠心力による応力集中が発生しやすく、当該幅狭部２２での膨出変形Ｑや耐久性の低下が危惧される。
【０００５】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、ロータコアのうちスロット部よりも径方向外方寄りの位置に残される幅狭部での残留応力を軽減して、当該幅狭部での変形防止とともにその耐久性の向上を図ったロータとその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、スロット部と磁石とのなす隙間にフィラーを含んだ樹脂材料を充填して各磁石を位置決め固定してあるロータの構造を前提として、上記スロット部のうちロータの径方向外方に位置する外周側壁面と磁石側の同等部位とのなす隙間を長辺側のクリアランス部とし、上記スロット部のうちロータの円周方向両端に位置する円周方向壁面と磁石側の同等部位とのなす隙間を短辺側のクリアランス部とする。
【０００７】
その上で、上記長辺側のクリアランス部のうち短辺側のクリアランス部に近い部分に、短辺側のクリアランス部よりも長辺側のクリアランス部の方が幅寸法が小さくなるように段状部をもってその幅寸法を変化させる狭窄部を形成してある。さらに、上記狭窄部を含む長辺側のクリアランス部の幅寸法を樹脂材料に含まれるフィラーの粒径よりも小さく設定するとともに、短辺側のクリアランス部の幅寸法を上記フィラーの粒径よりも大きく設定してある。そして、上記短辺側のクリアランス部のほか長辺側のクリアランス部のうち狭窄部よりも短辺側のクリアランス部寄りの部分のみを樹脂充填部として、それ以外の部分を樹脂非充填部としてある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、磁石が挿入されるスロット部のうちロータコアの径方向外方に位置する長辺側のクリアランス部については、ロータコアの円周方向両端に位置する短辺側のクリアランス部に近い部分のみに樹脂材料が充填されて、それ以外の部分には樹脂材料が充填されないことになる。そのため、スロット部よりもさらにロータコアの径方向外方に残されるロータコアの幅狭部の樹脂充填圧による残留応力の発生を抑制し、ロータコアの回転時における幅狭部での変形を未然に防止して、ロータの耐久性の向上が図れるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るロータの第１の形態としてその全体構造を示す説明図。
【図２】図１の要部の拡大図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図。
【図４】図２の要部拡大説明図。
【図５】図１に示したロータの製造手順を示す説明図。
【図６】図５に示した手順のもとでのロータの製造に供される金型の断面説明図。
【図７】本発明によらない場合の不具合発生状況を示す断面説明図。
【図８】本発明に係るロータの第２の形態として図４と同等部位の詳細を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１〜６は本発明を実施するためのより具体的な第１の形態を示し、特に図１は例えば永久磁石埋込型同期モータのロータ（回転子）の構造を示し、また図２は図１の要部の平面図を、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図をそれぞれ示している。
【００１１】
図１に示すように、ロータ１は、薄板状の電磁鋼板、より具体的には珪素鋼板等の積層体からなる円筒状のロータコア２を主要素として構成されていて、そのロータコア２の円周方向の等分位置に磁石収納のための穴部として偏平矩形状の複数（本実施の形態では６個）のスロット部３を形成してある。それぞれのスロット部３はロータコア２をその軸心方向に貫通してロータコア２の両端面に開口していて、各スロット部３には当該スロット部３の形状よりも一回り小さな板状またはバー状の永久磁石４を挿入してある。
【００１２】
そして、図２，３に示すように、各永久磁石４はスロット部３と永久磁石４との隙間に注入または充填される熱硬化性の樹脂材料の樹脂充填部５にていわゆる樹脂モールドのかたちで位置決め固定してある。樹脂充填部５は、スロット部３と永久磁石４との間に確保される四周のクリアランス部のうち後述するように特定に部位のみに介装され、同時に図３に示すようにスロット部３の高さよりも永久磁石４の高さの方がわずかに小さく設定されていることから、永久磁石４の上面も樹脂充填部５の一部にて被覆される。樹脂充填部５となる熱硬化性の樹脂材料としては、マトリックス樹脂材料と熱膨張係数がほぼ等しい充填材としてシリカ等のフィラーが含まれているものが使用される。
【００１３】
なお、永久磁石４の高さはロータコア２の高さと同等であっても良い。また、ロータコア２の中心の軸穴２ａには図示外の回転軸が挿入固定されるほか、ロータコア２の両端面に円板状のエンドプレート（端板）を積層配置することもある。さらに、樹脂充填部５となる熱硬化性の樹脂材料に代えて熱硬化性の接着剤を用いることもある。
【００１４】
図４は図２に示したスロット部３の拡大図を示していて、スロット部３に挿入される永久磁石４は、そのスロット部３のうちロータコア２の径方向内方に位置する内周側壁面３ａに密着するように配置され、結果としてスロット部３のうちロータコア２の径方向外方に位置する外周側壁面３ｂと永久磁石４側の同等部位（外周側壁面３ｂと対向する、永久磁石４のロータコア２の径方向外側面）とのなす隙間が長辺側のクリアランス部Ｃ１として確保されている。同時に、スロット部３のうちロータコア２の円周方向両端に位置する円周方向壁面３ｃと永久磁石４側の同等部位（円周方向壁面３ｃと対向する、永久磁石４のロータコア２の円周方向端面）とのなす隙間がそれぞれに短辺側のクリアランス部Ｃ２として確保されている。
【００１５】
そして、スロット部３のうちロータコア２の円周方向両端に位置する短辺側のクリアランス部Ｃ２についてはその空間にフルに樹脂材料が充填されて樹脂充填部５とされているものの、スロット部３のうちロータコア２の径方向外方に位置する長辺側のクリアランス部Ｃ１については、短辺側のクリアランス部Ｃ２に近い一部の限定された部分のみに樹脂材料が充填されて短辺側のクリアランス部Ｃ２たる樹脂充填部５に連続する樹脂充填部５ａとされているにすぎず、長辺側のクリアランス部Ｃ１の残りの領域では樹脂材料が充填されることなく樹脂非充填部Ｒとされ、長辺側のクリアランス部Ｃ１の円周方向中央部がそのまま所定の空間として残されている。
【００１６】
ここで、図４に示すように、長辺側のクリアランス部Ｃ１のうち短辺側のクリアランス部Ｃ２に近い部分では、ロータコア２自体に形成された段状部６をもって狭窄部７が形成されていて、長辺側のクリアランス部Ｃ１のうち短辺側のクリアランス部Ｃ２に近い部分では当該短辺側のクリアランス部Ｃ２とともにその幅寸法がＷ１であるのに対して、円周方向両側の狭窄部７を始終端部とする長辺側のクリアランス部Ｃ１の円周方向中央部ではその幅寸法Ｗ２が狭窄部７の幅寸法と同じＷ２となっていて、両者はＷ１＞Ｗ２の関係となっている。これらの幅寸法Ｗ１およびＷ２の大きさは樹脂充填部５，５ａを形成している樹脂材料に充填材として含まれるフィラーの粒径を考慮して決定され、フィラーの粒径をｄとするならば、Ｗ１＞ｄ＞Ｗ２の関係を満たすように設定してある。なお、図１〜４においては、発明の理解を容易にするために長辺側のクリアランス部Ｃ１および短辺側のクリアランス部Ｃ２等の幅寸法を誇張して描いてある。
【００１７】
このようなロータ１の製造方法には、概略的には、図５に示すように、（１）磁石挿入、（２）予備加熱、（３）型締め、（４）樹脂タブレット挿入、（５）注型（樹脂材料の注入または充填）、（６）キュア（硬化）、（７）型開き・製品取り出し、の各工程が含まれていて、これらの工程を経ることで図１〜３に示したようなロータ１が製造されることになる。
【００１８】
「磁石挿入」とは、永久磁石４そのもの、または永久磁石４となるべき未着磁の磁石材料をロータコア２の各スロット部３に挿入する作業である。したがって、後者の場合には永久磁石４としての着磁は後工程にて行われる。
【００１９】
「予備加熱」とは、各スロット部３に永久磁石４が挿入されたロータコア２を例えば１７０℃程度まで加熱するものである。
【００２０】
「型締め」とは、永久磁石４が挿入された状態で予備加熱されたロータコア２を、その両端面側から所定の金型にて加圧拘束する作業である。なお、ロータコア２が予備加熱されているのに併せて、そのロータコア２を加圧拘束するための金型は例えば１８０℃程度に加熱されている。
【００２１】
「樹脂タブレット挿入」とは、金型の一部に形成されたポット部に熱硬化性の樹脂材料のタブレットを挿入する作業である。
【００２２】
「注型（樹脂注入）」とは、金型のポット部に挿入した樹脂材料のタブレットを軟化・溶融させて、各スロット部３に注入または充填する作業である。
【００２３】
「キュア（硬化）」とは、各スロット部３に注入または充填された樹脂材料を所定の保圧下で硬化させ、もって予め各スロット部３に挿入されている永久磁石４を樹脂モールドのかたちで位置決め固定する作業である。
【００２４】
「型開き・製品取り出し」とは、その名のとおり金型による加圧拘束状態からロータコア２を解放して、各スロット部３に永久磁石４が位置決め固定されたロータコア２を取り出す作業である。
【００２５】
ここで、上記のような一連の製造工程は実質的にトランスファ成形法と同等の手法と理解することができ、その詳細を図６に示す。
【００２６】
図６に示すように、型板としての下型８と同じく上型９との組み合わせからなる金型１０を用意し、各スロット部３に予め永久磁石４が挿入されているロータコア２の一方の端面を接触面として、下型９の上に載せて位置決めする。さらに、上型８を下降させてその上型８をロータコア２の他方の端面に密着させ、下型９と上型８とをもって所定の圧力でロータコア２を軸心方向に加圧拘束する。この場合において、上型８には後述するポット部１１に連通するゲート部１２を形成してあり、上記のような型締め状態では、ゲート部１２は永久磁石４が予め挿入されている各スロット部３のうち図４に示すように短辺側のクリアランス部Ｃ２に臨んで連通することになる。ここまでが図５の「磁石挿入」、「予備加熱」、「型締め」の各工程に相当する。
【００２７】
図６のようなロータコア２の加圧拘束状態において、上型８側のポット部１１およびそれに圧入されることになるプランジャ１３は短辺側のクリアランス部Ｃ２，Ｃ２毎に独立していて、上型８側のポット部１１に熱硬化性の樹脂材料のペレットを挿入した上で、ポット部１１にプランジャ１３を圧入する。各プランジャ１３はそれぞれに独立した油圧シリンダその他の図示外のアクチュエータにて駆動される。この場合において、ロータコア２が予め１７０℃程度に予備加熱されていて、しかも下型９と上型８との組み合わせからなる金型１０が１８０℃程度に加熱されていることは先に説明したとおりである。
【００２８】
したがって、ポット部１１に挿入された熱硬化性の樹脂材料のペレットは直ちに軟化溶融（可塑化）して溶融状態の樹脂材料と化し、そのままプランジャ１３の押し込み圧力にてゲート部１２から各スロット部３の短辺側のクリアランス部Ｃ２に注入または充填される。すなわち、図４，６に示すように、ゲート部１２から流入する樹脂材料は最初にスロット部３のうち短辺側のクリアランス部Ｃ２にフルに充填されるとともに、長辺側のクリアランス部Ｃ１の一部にも充填され、さらに永久磁石４の上面側にもこれを被覆するように注入または充填される。
【００２９】
この場合において、先に述べたように、樹脂材料には予め充填材としてフィラーを含ませてあり、さらに長辺側のクリアランス部Ｃ１の幅寸法Ｗ２と短辺側のクリアランス部Ｃ２の幅寸法Ｗ１および上記フィラーの粒径ｄとの関係として、Ｗ１＞ｄ＞Ｗ２の関係を満たすように設定してあることから、先に述べたように短辺側のクリアランス部Ｃ２に開口しているゲート部１２から流入する樹脂材料は最初にその短辺側のクリアランス部Ｃ２にフルに充満し、次いで長辺側のクリアランス部Ｃ１にも流入することになる。その際に、樹脂材料に含まれるフィラーが狭窄部で目詰まりを起こし、長辺側のクリアランス部Ｃ１の円周方向中央部への樹脂材料の流入を阻害するかたちとなるので、長辺側のクリアランス部Ｃ１では短辺側のクリアランス部Ｃ２に近い部分のみに樹脂充填部５ａとして充填されるにとどまり、長辺側のクリアランス部Ｃ１の円周方向中央部では樹脂材料が充填されることなく、長辺側のクリアランス部Ｃ１の残りの空間がそのまま樹脂非充填部Ｒとして残されるかたちとなる。
【００３０】
そして、この状態で所定のキュア時間をもって樹脂材料が硬化して樹脂充填部５，５ａと化するのを待てば、永久磁石４がスロット部３内の所定位置にいわゆる樹脂モールドのかたちで堅固に位置決め固定されることになる。ここまでが図５の「樹脂タブレット挿入」、「注型（樹脂注入）」、「キュア（硬化）」の各工程に相当する。
【００３１】
所定のキュア時間の経過をもって樹脂材料が硬化して樹脂充填部５，５ａと化したならば、下型９と上型８とを型開きするとともに、プランジャ１３を抜き上げた上で、ロータコア２を取り出でば、図１に示したようなロータコア２が製造されることになる。なお、永久磁石４に代えて未着磁の磁石を用いた場合には、後工程にて公知の方法により磁石に着磁処理を施して永久磁石化することになる。この工程が図４の「型開き・製品取り出し」の工程に相当する。
【００３２】
このように本実施の形態によれば、図４に示すように、長辺側のクリアランス部Ｃ１のうち円周方向中央部が樹脂材料の充填されない樹脂非充填部Ｒとして残されることで、ロータコア２のうちスロット部３よりもさらに径方向外方に桟状に残される幅狭部２２への樹脂圧の影響が抑制されて、その幅狭部２２での残留応力を軽減できることになる。そのため、図７に示したように、短辺側のクリアランス部Ｃ２および長辺側のクリアランス部Ｃ１にフルに樹脂材料を充填した場合と比べて、幅狭部２２での残留応力の発生による膨出変形Ｑを防止して、ロータコア２の耐久性の向上に寄与できることになる。
【００３３】
図８は本発明を実施するための第２の形態を示し、第１の形態である図４のものと共通する部分には同一符号を付してある。
【００３４】
図４に示した第１の形態では、ロータコア２自体に形成した段状部６をもって狭窄部７を形成しているのに対して、図８に示した第２の形態では、永久磁石４側に形成した段状部１６をもって狭窄部７を形成したものである。この第２の形態においても先の第１の形態のものと同様の効果が得られることになる。
【符号の説明】
【００３５】
１…ロータ
２…ロータコア
３…スロット部
３ａ…内周側壁面
３ｂ…外周側壁面
３ｃ…円周方向壁面
４…永久磁石
５…樹脂充填部
５ａ…樹脂充填部
６…段状部
７…狭窄部
２２…幅狭部
Ｃ１…長辺側のクリアランス部
Ｃ２…短辺側のクリアランス部
Ｒ…樹脂非充填部
Ｗ１…幅寸法
Ｗ２…幅寸法
【図１】
2013102654.tif 000003
【図２】
2013102654.tif 000004
【図３】
2013102654.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013102654.tif 000007
【図６】
2013102654.tif 000008
【図７】
2013102654.tif 000009
【図８】
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